克服衛星/蜂巢技術相容問題 車輛追蹤系統效能再升級
車輛追蹤系統的市場正快速成長，北美和歐洲主要的商用汽車都已經採用這項技術，而亞洲和新興市場對此技術的接受度也有急遽成長的趨勢。日前的一項市場研究指出，全球車輛追蹤市場產值將從2013年的109億1,000萬美元，成長至2018年的304億5,000萬美元，年複合成長率(CAGR)高達22.8%。
應用效益彰顯 車輛追蹤系統受青睞
推動車輛追蹤系統獲得商用和私人汽車市場採用的主要因素有：
貨櫃裝載的最佳化，改善路線、庫存水準最佳化，以及提升營運狀態總覽。
即時與歷史性的位置回報。
運送貨物的防盜偵測和追蹤。
由於越來越多的業者在製造汽車、消費性和工業商品時，會在全球各地進行元件的採購；而此趨勢的持續發展，已使得車輛追蹤市場展現出無窮的潛力。典型的汽車、工業機械或消費性產品是由上百種元件組成，這些元件必須從全球各地不同角落長途運送到製造工廠。對食物這類的原料和易損壞物品來說，也是同樣的情形。
車輛以及有效裝載(Payload)追蹤系統能提升物流的成本效益與及時送貨，並同時提供貨品在路途中的追蹤狀態概要。它們還能增加防盜安全性，並監測車輛與貨車的安全與駕駛行為(圖1)。
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| 圖1 結合衛星定位和蜂巢式通訊技術的車輛追蹤系統，能為私人和商用汽車提供各種服務。 |
政策推波助瀾 車輛追蹤系統滲透公共運輸
車輛追蹤系統也適用於車隊管理，像是計程車車隊、公共運輸系統(圖2)。全球的車輛追蹤功能遲早都會被建置在所有的公共運輸系統中，只是時間早晚而已。
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| 圖2 在台北，有四千輛公車安裝車輛追蹤裝置，乘客可透過手機或網路查詢公車班次與到站時間。 |
由於政府強制規定，所有的新型私人和商用汽車，都一定要安裝緊急呼叫系統，如歐洲的緊急救援(eCall)和俄羅斯的緊急呼叫(ERA-GLONASS)系統，因此在車輛發生碰撞時，能自動尋求協助的緊急呼叫系統市場，也正快速成長中。
車輛追蹤系統設計須面面俱到
車輛追蹤系統設計須面面俱到
要設計一台符合上述各種情境的車輛追蹤系統時，有幾個硬體因素須納入考慮：
要能與多種GNSS系統相容
GPS已不再是唯一可用的全球導航衛星系統。俄羅斯GLONASS現在已正式營運，中國大陸的北斗衛星系統、日本準天頂衛星系統(QZSS)已部分運作，歐盟伽利略(Galileo)系統也將於2019年正式上線。因此，對於追蹤系統的遵循標準需求來說，也會因相容於單一系統或多重系統而有所不同，並且要考慮是僅在某段時間內支援其中一種系統，或是提供並存的功能性(圖3)。
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| 圖3 車輛追蹤系統必須具備多種GNSS相容性，並能同時與多種系統一起運作。 |
這些需求主要取決於追蹤應用要在哪裡使用；訊號微弱的環境，如大樓林立的都會區或北極地區，由於衛星訊號較弱，可能須要採用平行的GNSS系統。政府的法令也是另一個考量。舉例來說，在俄羅斯，ERA-GLONASS就需要GLONASS相容性；中國的北斗衛星系統也是如此。效能需求可能會要求車輛追蹤系統能同時與多種GNSS系統相容，以期能在更短的定位時間內存取更多衛星訊號，同時操作可靠度更高，特別是在大樓林立的城市中更是如此。
須與多種行動通訊標準相容
在追蹤裝置中採用全球行動通訊系統(GSM)/通用封包無線服務技術(GPRS)(2G)標準是非常容易的，因為這個標準已普遍獲得全球的採用。但GSM/GPRS已逐漸讓位給下一代3G標準，特別是通用行動通訊系統(UMTS)/高速封包存取(HSPA)、CDMA2000(在美國)和長程演進計畫(LTE)，這些標準在世界各地部署的腳步並不一致。而且，目前市場上有許多區域性的3G和4G標準衍生版本，都是在不同的頻段上執行。
當依賴非正規途徑(Backchannel)的行動通訊做為車輛追蹤之用時，一旦當車輛和貨櫃，以及飛機、船舶或火車進入到採用不同3G和4G標準的區域邊界時，這時追蹤系統與這些標準的相容性就會變得非常重要。這些需求得透過多重標準無線數據機來滿足，而且最好能獲得電信業者的認證。
同時，我們也需要可支援不同標準(GSM、UMTS、CDMA、LTE)的蜂巢式數據機，這些數據機最好能裝置在相同印刷電路板(PCB)的位置上，在設計不同區域版本的追蹤系統，或從2G升級到3G升級到下一代追蹤技術時，才能降低硬體成本(圖4)。
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| 圖4 美國商用運輸車輛中採用的典型車輛追蹤機組，其中整合GPS和GSM/CDMA技術。 |
能在衛星訊號接收不良區域運作
對追蹤應用來說，GNSS衛星可視性是計算位置的重要關鍵。GPS/GNSS衛星能從2萬公里的高空，以約30瓦的功率傳輸訊號，同時須要鎖定四個衛星才能進行定位。但在室內(如倉庫、車站或停車場內)或當接收器被放置在金屬貨櫃內時，追蹤系統便會失去作用。對追蹤應用來說，這個問題能透過幾種技巧來解決。
利用可以回報距離和上一個已知位置間的方向變化的感測器資料，可增強接收器的功能。這項技術已普遍建置在汽車導航系統中，即使在隧道中，導航功能也不會中斷。
由於多層高架式高速公路、停車場和倉儲的興建已日漸普遍，在完全沒有GNSS衛星訊號時，還能知道車輛或貨櫃的3D位置是非常重要的。透過在傳統的慣性導航技術中增加車輛的加速計資料，3D慣性導航便能解決此問題(圖5)。加速計可量測相對於垂直高度存取(Vertical Access)的重力向量。向量會隨著車輛傾斜方向的改變而改變。當此資料與行駛距離結合時，就可計算出高度的變化。
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| 圖5 要在高樓層建物中實現車輛追蹤功能，須採用3D慣性導航技術來決定位置。此照片為採用u-bloxUBX-M8030 GNSS晶片在密閉停車塔中實際執行3D追蹤的結果。 |
增加第二個能依據行動或無線區域網路(Wi-Fi)蜂巢資料來估算位置的平行系統，能在GNSS衛星被阻擋時，提供額外的可用資訊。相較於毫無定位訊息，當要追蹤貴重貨品或車輛時，即使大概位置可能是在數百公尺或甚至幾公里的範圍內，也是可以接受的。
須採用整合式GNSS天線
另一考量是採用內建整合式天線的GNSS接收器模組。此概念對採用外部天線並要求當天線毀損或連接中斷時，如汽車處於嚴苛環境中，系統仍不能中斷執行的車輛應用時特別有用。整合式天線設計是這類應用的理想選擇，其包含一個可以做為主要天線的內部天線，亦或做為備用天線之用，當外部天線失效時，便可發揮作用。
良好的抗干擾訊號效能
接收器的外部雜訊抗干擾(Jamming)特性是衛星定位系統選擇元件的關鍵因素。當出現從鄰近蜂巢式數據機或惡意干擾訊號而來的雜訊時，追蹤系統鎖定微弱衛星訊號的能力對於它是否能提供正確的位置資料有極大影響。妥善的天線位置是避免此問題的一個重點，且每個GNSS接收器的效能在面對干擾訊號時，會有很大的差異。因此在選擇GNSS接受器時，干擾訊號出現時其定位效能的資料，必須要列入考慮。
採用汽車級元件
最後，但與上述所有討論重點同樣重要的是，車輛追蹤應用須採汽車級元件。所謂「汽車級」是一個相對的名詞，其定義依製造商和終端客戶有所不同。但至少每一台數據機和GNSS元件(及設計中採用的其他所有元件)，都應該通過AEC-Q100標準認證，並由符合ISO/TS 16949規範的工廠製造，及在工廠通過系統級全面性測試。認證測試須依照ISO16750標準來執行，亦即「道路車輛–電氣與電子設備的環境條件與測試」標準。
兼容新舊技術 車輛追蹤系統設計更周全
車輛追蹤已成為私人、商用與公共運輸的標準需求，在設計上須考量區域性衛星和蜂巢式技術相容性，並在衛星訊號衰減或微弱的定位區域中持續運作，易於硬體更新與升級，抑制無線干擾訊號，以及遵循汽車品質要求。
由於車輛追蹤裝置預期的生命週期很長，及須在大規模地理範圍內擁有可靠效能，因此業者在設計時，不僅要採用目前的最新技術，還要進一步考慮此系統預期的生命週期，才能制定出周全的設計方案。
